Регион:

Ванны для расплава жидкого цинка из металла


Ванны для хранения расплава жидкого цинка с самого начала изготавливались из железа самой высокой степени чистоты, которая достигалась в  металлургическом производстве того времени. Самый древний рисунок ванны для хранения и нагрева расплава изображен на рис. 8.2.

Ванна получалась из согнутого листа максимальной толщины, который можно было подвергнуть обработке на металлообрабатывающем оборудовании того времени, к бокам которого приваривались плоские листы из металла той же толщины. Нагрев ванн осуществлялся с помощью сжигания твердого или жидкого топлива в топках, расположенных перед ванной, причем продукты сгорания омывали боковые стенки ванны и таким образом нагревали ее содержимое. Образующийся гартцинк при этом осаждался на дно ванны; через определенное время, когда его накапливалось достаточно много, его вычерпывали.

Ванны расплава

Рис. 8.2. Самый ранний рисунок ванны расплава

Однако по мере развития технологии цинкования погружением стали видны недостатки такой технологии – ванны сильно разрушались по местам сварки; из-за сквозной коррозии образовывались течи, которые необходимо было оперативно заделывать;  время жизни ванн было очень коротко и не определялось теоретически. Для оперативного опорожнения таких дефектных ванн предусматривались специальные краны вблизи днища ванн, через которые жидкий цинк выливался на пространство у дна ванны, огороженное валиками из песка. Ванны данной конструкции обсуждались на международных конференциях еще в пятидесятых годах прошлого века.

Поэтому, по мере накопления опыта и потребности во все более длинных ваннах предпринимались попытки прийти к более технологичным условиям их производства. Эволюция развития ванн видна из анализа рис. 8.3.

Во-первых, нужно было при увеличенной длине ванны не только сохранить ее механическую прочность, но и по возможности для продления жизни ванны увеличить толщину металла. Но при увеличении толщины металла, скажем, до 40 мм возникает проблема гибки металла. Сначала пошли самым простым путем, а именно, отказались от гибки металла, что иллюстрируется примером на рис. 8.3 справа. К горизонтально расположенному листу приваривали две боковые и две торцовые стенки. В этом случае возможности изготовления изделия уже не лимитируются имеющимся гибочным оборудованием.

 Эволюция технологии изготовления ванн	для расплава

Рис. 8.3. Эволюция технологии изготовления ванн для расплава (справа налево).

Но у такого способа имеется серьезный недостаток. Под действием силы тяжести содержащегося в ванне цинка, особенно с учетом изменения механических свойств металла при повышенной температуре, в конструкции возникают напряжения, характер которых хорошо виден из анализа рис. 8.4, которые часто заканчиваются образованием трещин и даже разрывов по месту сварки (рис. 8.5). И жизнь у таких ванн была короткой, несмотря на повышенную толщину металла – от нескольких месяцев до полутора лет, что не устраивало технологов.

Поэтому по мере развития возможностей гибочного оборудования сначала ушли от сварки на боках ванны, оставив сварку только на дне ванны, где металл в наименьшей степени подвергается механическим воздействиям (средняя часть рис. 8.3), а затем отказались и от этой сварки, начав изготовление этой части ванны из одного листа (на рис. 8.3 слева). В результате заметно изменилась схема механического воздействия на металл: давление слоя цинка направлено на растягивание стенки, а не на ее изгиб, что не приводит к трещинообразованию (рис.8.6).

Наконец, работа по созданию ванн современной конструкции завершилась заменой плоских боковых стенок на согнутые. В результате технология изготовления оказалась унифицированной – изготавливают отдельно боковые стенки ванны с закругленными углами, затем, в зависимости от заданной длины ванны и ее ширины, гнут U-образные элементы стенок и дна ванны в необходимом количестве, затем все это сваривают в единое целое. При такой технологии во всей ванне произошла замена изгибающих напряжений на напряжение на разрыв, что повысило долговечность ванн.

После того, как были сняты основные риски в части механической долговечности ванн, выяснились некоторые проблемы, которые были до поры до времени в тени, а именно, проблемы сварки. При обычной сварке всегда используются электроды для заполнения шовного объема с повышенным содержанием кремния – в этом случае сварка протекает с меньшим количеством дефектов. Но именно повышенное содержание кремния в сварном шве приводит к повышенной скорости коррозии в местах сварки.

Пришлось для сварки ванн цинкования разрабатывать технологию сварки с электродами того же состава, что и материал ванны (сварка под слоем флюса), что существенно снизило и эти риски.

Внешний вид ванны современного типа показан на рис. 8.7.

Характер деформации при работе ванны, изготовленной из плоских листов

Рис. 8.4. Характер деформации при работе ванны, изготовленной из плоских листов.

Характер возникающих трещин при работе ванны вследствие концентрации напряжений

Рис. 8.5. Характер возникающих трещин при работе ванны вследствие концентрации напряжений в последней.

Характер изменения формы ванны современного типа под действием термических воздействий

Рис. 8.6. Характер изменения формы ванны современного типа под действием термических воздействий.

Изготовленную ванну помещают в печь, внутренний вид которой показан на рис. 8.8. Печь состоит из прочного теплоизолирующего корпуса, в который вставлены фиксаторы ванны, препятствующие изменению ее формы, а также горелки. На данном фото представлены плоскопламенные горелки с радиационными защитными экранами. Расстояние между стенками ванны и стенками печи варьируется от 30 до 60 см, в зависимости от типов горелок, используемых при нагреве.

Фото современной ванны для расплава

Рис. 8.7. Фото современной ванны для расплава.

Нагревательная печь с плоскопламенными горелками перед установкой в нее ванны

Рис. 8.8. Нагревательная печь с плоскопламенными горелками перед установкой в нее ванны. Вдоль низа боковых стенок видны фиксаторы для устранения изменения формы ванны во время ее работы.

Возможно Вас так же заинтересуют следующие статьи:

comments powered by HyperComments